项目三 抢答器和交通信号灯设计

《单片机技术与应用》知识归纳练习题项目导读任务二、十字路口交通信号灯设计项目小结任务一、抢答器设计项目三抢答器和交通信号灯设计《单片机技术与应用》项目目标导读学习目标技能目标掌握单片机中断相关的基本概念。掌握中断控制寄存器各位的功能及中断标志的功能。掌握中断服务程序的编写方法。掌握单片机片外中断的具体使用特点。了解七段数码管字符显示原理和编码特点。能正确选用中断源，会设置中断源的优先级。利用单片机中断系统设计构建抢答器、交通信号灯应用控制系统，能绘制单片机硬件原理图、会编写控制主程序和外部中断服务程序。会使用单个数码管，能根据任务要求进行共阳极或共阴极数码管字型码的编码并能正确使用。《单片机技术与应用》1.中断所涉及的专用寄存器各位的功能。2.中断标志的功能及应用。3.中断服务程序的编写。4.七段数码管显示原理。知识教学点项目目标导读方法切入点1.采用“项目引导、任务驱动”的教学方式，通过实际项目的分析和实施，着重介绍单片机外部中断的使用方法，概念讲解可采用与生活中的具体事例进行类比，便于学生理解。参考学时：8学时～10学时《单片机技术与应用》任务一抢答器设计任务导入抢答器在各种知识竞赛以及此类电视节目中都能看到这种设备。它实际上是一个简单的电子测控装置，通过检测外接的若干按键，看哪一个参赛选手最先被按下，从而确定谁抢到了回答问题的权利。本任务是设计一个4人抢答器，由1个主持人按键、4个抢答按键、1只显示号码的数码管、8只用于渲染气氛的LED及1只蜂鸣器组成。《单片机技术与应用》任务分析抢答器的基本功能为：（1）开机后，显示流水灯；（2）主持人没有按下“开始”键，不可抢答；（3）主持人按下“开始”键后，流水灯停止，数码管显示“-”（4）甲、乙、丙、丁4人可以按键抢答，当有人按下键后，喇叭响，同时显示座位号；（5）显示3s后，流水灯从停止的位置继续显示，回到初始状态。任务一抢答器设计《单片机技术与应用》任务分析按照抢答器的功能，在设计中LED流水灯、主持人按键、选手按键等与单片机的接口设计在项目二中已经介绍过，在硬件设计上比较容易解决。在程序设计上，让流水灯循环显示、接收按键输入等功能的编程在前面的项目中实践过，但根据抢答器的要求，如何处理在流水灯不停地循环显示过程中，怎样及时接收按键的输入？为此要利用单片机的中断功能来解决。在设计过程中要考虑中断源的处理。主持人与4个抢答人共有5个按键，对单片机来说有5个输入状态，若都采用中断方式，则5个输入均为外部中断源。但MCS-51单片机只有2个外部中断，因此主持人采用中断方式，甲、乙、丙、丁4人按键采用查询方式实现，主要保证查询的过程足够快，就不会影响比赛的公正性。任务一抢答器设计《单片机技术与应用》相关知识：中断的基本知识1、中断的基本概念中断是指计算机在执行某一程序的过程中,由于计算机系统内、外的某种原因,而必须中止原程序的执行,转去执行相应的处理程序,待处理结束之后,再回来继续执行被中止的原程序的过程。中断需要解决两个主要问题：如何从主程序转到中断服务程序和如何从中断服务程序返回主程序。任务一抢答器设计（1）概念图3-1中断的示意图《单片机技术与应用》1)分时操作:解决了快速CPU与慢速外设之间的矛盾,可使CPU与外设并行工作。这样，CPU可启动多个外设同时工作，大大提高了工作效率。2)实时处理:实时处理控制系统中许多随机产生的参数与信息,即计算机具有实时处理的能力,从而提高了控制系统的性能。3)故障处理:使系统具备处理故障的能力，如出现掉电、存储出错、运算溢出等故障,从而提高了系统自身的可靠性。任务一抢答器设计（2）特点（3）与中断相关的几个概念1）中断服务子程序:中断之后处理的程序，也称为中断处理子程序。2）主程序:原来正常执行的程序。3）中断源:发出中断申请的信号或引起中断的事件。4）中断请求:CPU接收到中断源发出的申请信号。5）中断响应:接收中断申请，转到相应中断服务子程序处执行。6）断点:主程序被断开的位置（即地址），转入中断程序的位置。7）中断入口地址:中断响应后，中断程序执行的首地址。8）中断返回:从中断服务程序返回到主程序。《单片机技术与应用》IE0TCONSCONINT0IT0=0IT0=1INT1IT1=0IT1=1TF0IE1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA自然优先级矢量地址高级中断请求自然优先级矢量地址低级中断请求PX0PT0PX1PT1PSIEIP中断标志位中断源允许总允许中断优先级(P3.2)(P3.3)(P3.0)(P3.1)(P3.5)(P3.4)2、MCS-51单片机的中断系统及其管理任务一抢答器设计（1）MCS-51中断系统的结构《单片机技术与应用》任务一抢答器设计（2）中断源图3-1中断的示意图8051单片机有5个中断请求源：单片机INT0或外部输入中断源INT0(P3.2)INT1或外部输入中断源INT1(P3.3)T0片内定时器T0的溢出（P3.4）T1片内定时器T1的溢出(P3.5)串行口片内串行口发送或接收中断源《单片机技术与应用》任务一抢答器设计（3）特殊功能寄存器TCON和SCON1)中断控制寄存器TCONTF1TF0IE1IT1IE0IT0TCON7654321088H8F8D8B8A8988位地址T1溢出中断标志(TCON.7):T1启动计数后，计满溢出由硬件置位TF1=1，向CPU请求中断，此标志一直保持到CPU响应中断后，才由硬件自动清0。也可用软件查询该标志，并由软件清0。《单片机技术与应用》任务一抢答器设计TF1TF0IE1IT1IE0IT0TCON88H外部中断INT1中断标志位(TCON.3):IE1＝1，外部中断1向CPU申请中断外部中断INT1（P3.3）触发方式控制位(TCON.2)：IT1=0，电平触发方式IT1=1,下降沿触发方式76543210注意：该寄存器可以位寻址。《单片机技术与应用》任务一抢答器设计2)串行口控制寄存器SCON返回TI(SCON.1)——串行发送中断标志。RI(SCON.0)——串行接收中断标志。TIRISCON98H76543210注意：该寄存器可以位寻址。9998位地址《单片机技术与应用》任务一抢答器设计（4）中断的开放与禁止MCS-51系列单片机的5个中断源都是可屏蔽中断，由中断系统内部的专用寄存器IE负责控制各中断源的开放或屏蔽。IEA8HEAESET1EX1ET0EX0例：允许定时器T0中断：SETBEA位操作指令SETBET0或MOVIE，#82H字节操作指令或MOV0A8H，#82H76543210注意：该寄存器可以位寻址。AFACABAAA9A8位地址《单片机技术与应用》任务一抢答器设计（5）中断优先权的处理MCS-51中断系统设立了两极优先级—高优先级和低优先级，可以程序设置5个中断源优先级，由中断优先级寄存器IP进行控制。51单片机有两个中断优先级——高级和低级专用寄存器IP为中断优先级寄存器，用户可用软件设定相应位为1，对应的中断源被设置为高优先级，相应位为0，对应的中断源被设置为低优先级系统复位时，均为低优先级该寄存器可以位寻址PSPT1PX1PT0PX0IPB8H76543210BCBBBAB9B8位地址《单片机技术与应用》同一级中的5个中断源的优先顺序是：INT0中断T0溢出中断INT1中断T1溢出中断串口中断高低出厂前已由厂家固化顺序——事先约定中断优先原则：（概括为四句话）1、低级不打断高级2、高级不睬低级3、同级不能打断4、同级、同时中断，事先约定。任务一抢答器设计《单片机技术与应用》3、中断处理过程任务一抢答器设计（1）中断响应中断处理过程分为三个阶段：中断响应、中断处理和中断返回。中断响应中断处理(又称中断服务)中断返回中断请求的撤除中断响应中断返回《单片机技术与应用》任务一抢答器设计中断响应(以外部中断0为例)中断响应：在满足CPU的中断响应条件之后，CPU对中断源中断请求予以处理。中断响应过程：保护断点地址；中断响应把程序转向中断服务程序的入口地址(通常称矢量地址)。特别注意：这些工作是硬件自动完成的！断点地址中断服务子程序的入口地址外部中断0入口地址0003ZD0AJMPORG0003HAJMPZD0ZD0《单片机技术与应用》中断响应中断服务子程序入口地址又称为中断矢量或中断向量。中断响应单片机中5个中断源的矢量地址是固定的，不能改动。断点地址中断服务子程序的入口地址任务一抢答器设计《单片机技术与应用》任务一抢答器设计程序存储器ROM0000H：复位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中断入口0003H：外部中断0入口-INT0000BH：定时器0溢出中断入口-T00013H：外部中断1入口-INT1001BH：定时器1溢出中断入口-T1002AH使用时，通常在这些入口地址处存放一条跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断服务程序起始地址上去！《单片机技术与应用》任务一抢答器设计程序存储器ROM0000H：复位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中断入口0003H：外部中断0入口000BH：定时器0溢出中断入口0013H：外部中断1入口001BH：定时器1溢出中断入口002AH包含T0中断服务子程序的程序结构：ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPINTT0ORG0100HMAIN:...INTT0:...RETIENDAJMPMAINAJMPINTT0《单片机技术与应用》任务一抢答器设计中断处理中断服务程序从中断子程序入口地址开始执行，直到返回指令RETI为止，这个过程称为中断处理(或中断服务)。中断服务子程序一般包括两部分内容:一是保护和恢复现场，二是处理中断源的请求。中断响应入口地址RETI《单片机技术与应用》中断处理INTT0:PUSHACCPUSHDPHPUSHDPLPUSHPSW中断源服务POPPSWPOPDPLPOPDPHPOPACCRETI保护现场恢复现场任务一抢答器设计《单片机技术与应用》中断返回中断返回是指中断服务完后，计算机返回到原来暂停的位置(即断点)，继续执行原来的程序。中断返回由专门的中断返回指令RETI来实现。中断响应中断返回任务一抢答器设计《单片机技术与应用》中断返回RETI指令功能：把断点地址取出，送回到程序计数器PC中去。另外，它还通知中断系统已完成中断处理，将清除优先级状态触发器。特别注意：不能用RET指令代替RETI指令！中断响应中断返回断点地址任务一抢答器设计《单片机技术与应用》中断请求的撤除CPU响应某中断请求后，在中断返回前，应该撤除该中断请求，否则会引起另一次中断。定时器0或1溢出：CPU在响应中断后，硬件清除了有关的中断请求标志TF0或TF1，即中断请求是自动撤除的。边沿触发的外部中断（IT0或IT1=1）：CPU在响应中断后，也是用硬件自动清除有关的中断请求标志IE0或IE1。串行口中断：CPU响应中断后，没有用硬件清除TI、RI，故这些中断不能自动撤除，而要靠软件来清除相应的标志。任务一抢答器设计《单片机技术与应用》电平触发外部中断撤除方法较复杂。因为在电平触发方式中，CPU响应中断时不会自动清除IE1或IE0标志，所以在响应中断后应立即撤除INT0或INT1引脚上的低电平。在硬件上，CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制，所以这个问题要通过硬件，再配合软件来解决。电平触发的外部中断源中断标志的撤除任务一抢答器设计《单片机技术与应用》P1.08031CLKINT0QDSD外中断0请求信号0010ANLP1,#0FEHORLP1,#01H1任务一抢答器设计图3-5撤除外部中断请求的方案《单片机技术与应用》外部中断源的扩展•单片机仅有两个外部中断输入端-INT0、INT1。•可用两种方法扩展:1.定时器T0,T1。（工作在计数方式下）2.中断和查询结合。任务一抢答器设计《单片机技术与应用》任务一